レーザアブレーションプルームのプラズマ制御および微粒子の生成に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11750245
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 須田 善行 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70301942)
• キーワード: レーザアブレーション / 発光スペクトル / 電子温度 / 微粒子 / ダイヤモンドライクカーボン / クーロン結晶 / ドロプレット / アブレーションプルーム

研究概要

レーザアブレーション薄膜堆積装置を用いて、(1)真空、(2)アルゴンガス、(3)アルゴンプラズマのそれぞれの雰囲気において実験を行った。まずカーボンアブレーションプルームの発光スペクトル観測を行ったところ、原子スペクトルが多数確認され、特に(2)においてはアルゴン原子スペクトルも観測された。このことよりプルームが原子群から構成され、また雰囲気ガス原子がプルーム中粒子との衝突により励起状態に遷移していることを確かめた。発光スペクトルよりプルーム中の電子温度が0.3eV程度であることを算出した。
次に、シリコン基板上に炭素薄膜堆積を行った。(1)(2)ではターゲット表面から剥離した数μm程度の微粒子が薄膜表面に多数付着したが、(3)においてはその数は減少するという注目すべき結果を得た。プラズマ中の荷電粒子が微粒子を負に帯電させ、さらに静電界がプラズマポテンシャルのより高い位置にドリフトさせることから、このような効果が説明できる。さらに(2)(3)では、アブレーションプルーム中の原子・分子群が雰囲気ガス原子との衝突により冷却され100nm程度の微粒子に成長すること、特に(3)においてはプラズマ中荷電粒子の存在により、微粒子同士がクーロン力で凝集することが確認された。これらの微粒子および薄膜はダイヤモンド結合を含んだアモルファス状ダイヤモンドライクカーボンであることを確認した。
一方、クーロン結晶観測装置を用いてクーロン結晶の作製を確認し、その電力・圧力による結晶状態の格子間距離の変化を観測した。
来年度はこれらの結果を融合させ、本来の目的である「クーロン結晶を用いた微粒子表面の膜堆積および均一成長」を目指す。

研究成果

• [文献書誌] Y.Suda, et al.: "Optical Emission Spectroscopy of the Laser Ablation Plume Controlled by RF Plasma"Program of the 52nd Annual Gaseous Electronics Conference, IWP4.26. 44・4. 46 (1999)
• [文献書誌] Y.Suda, et al.: "Pulsed laser deposition of carbon particles controlled by ICP plasma"International Workshop on Basic Aspects of Non-equilibrium Plasmas Interacting with Surfaces, P2-5. 51 (2000)
• [文献書誌] 須田善行、水野学、西村卓真、M.A.Bratescu、酒井洋輔: "RFプラズマを印加したレーザアブレーションプルームの発光分光測定"第60回応用物理学会学術講演会講演予稿集 2a-P3-11. 3. 956 (1999)
• [文献書誌] 西村卓真、水野学、須田善行、酒井洋輔、赤澤正道: "レーザアブレーション法による炭素薄膜の堆積"1999年電気学会 基礎・材料・共通部門大会講演論文集 89. 317 (1999)
• [文献書誌] 須田善行、水野学、西村卓真、M.A.Bratescu、酒井洋輔、赤澤正道: "レーザアブレーションプルーム(カーボン)の観測"1999年電気学会 基礎・材料・共通部門大会講演論文集 90. 324 (1999)
• [文献書誌] 西村卓真、水野学、須田善行、酒井洋輔、赤澤正道: "Arプラズマ雰囲気でのレーザアブレーション炭素薄膜堆積"電気学会研究会資料 放電研究会ED-99-148〜162. 79 (1999)
• [文献書誌] 水野学、西村卓真、須田善行、M.A.Bratescu、酒井洋輔: "レーザアブレーションカーボンプルームの電子温度測定"平成11年度電気関係学会北海道支部連合大会講演論文集. 201 (1999)
• [文献書誌] 西村卓真、須田善行、水野学、M.A.Bratescu、酒井洋輔、赤澤正道: "プラズマ制御PLD法による炭素薄膜の堆積"平成11年度電気関係学会北海道支部連合大会講演論文集. 223 (1999)
• [文献書誌] 小野智之、西村卓真、須田善行、赤澤正道、酒井洋輔: "プラズマ中レーザアブレーションプルームによるカーボン微粒子生成"第35回応用物理学会北海道支部・第5回レーザ学会東北・北海道支部合同学術講演会講演予稿集2000. 38 (2000)
• [文献書誌] 松田浩之、菅原広剛、須田善行、酒井洋輔: "レーザアブレーションプルームのモデリング(1) カーボンプルーム生成過程のMCSモデリング"第35回応用物理学会北海道支部・第5回レーザ学会東北・北海道支部合同学術講演会講演予稿集2000. 39 (2000)
• [文献書誌] 須田 善行、西村 卓真、水野 学、小野 智之、酒井 洋輔: "レーザアブレーションカーボンプルームの電流波形"平成12年電気学会全国大会 1-107. (発表予定). (2000)
• [文献書誌] 水野 学、須田 善行、M.A.Bratescu、酒井 洋輔: "レーザアブレーションMgOプルームの発光スペクトル"平成12年春季応用物理学会連合講演会 30a-V-2. (発表予定). (2000)
• [文献書誌] 西村卓真、須田善行、小野智之、赤澤正道、酒井洋輔: "プラズマ制御PLD法による炭素微粒子生成"平成12年春季応用物理学会連合講演会 31p-V-1. (発表予定). (2000)
• [文献書誌] 伊藤克実、富田 研、須田善行、酒井洋輔: "RF Ar プラズマ中のクーロン結晶構造"平成12年春季応用物理学会連合講演会 30p-C-14. (発表予定). (2000)